Thermodynamik der Werkstoffe

Welche Aussage über eine Reaktion mit ΔH > 0 und ΔS > 0 (etwa die thermische Zersetzung eines Carbonats) trifft zu? ΔH und ΔS seien temperaturunabhängig.

  1. ASie läuft bei keiner Temperatur freiwillig ab
  2. BSie läuft umso leichter freiwillig ab, je tiefer die Temperatur ist, und oberhalb einer bestimmten Temperatur nicht mehr
  3. COberhalb einer bestimmten Temperatur läuft sie freiwillig ab
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Lösung: C. Oberhalb einer bestimmten Temperatur läuft sie freiwillig ab

Mit ΔG = ΔH − TΔS überwiegt bei positivem ΔH und ΔS bei tiefer Temperatur der ΔH-Term, und es ist ΔG > 0; mit steigender Temperatur wird der Term −TΔS größer, und für T > ΔH/ΔS wird ΔG < 0. Von diesem Typ sind Zersetzungsreaktionen, bei denen Gas entsteht und die Entropie zunimmt, sowie das Schmelzen von Festkörpern und das Verdampfen von Flüssigkeiten; Schmelz- und Siedepunkt sind genau die Temperaturen mit ΔG = 0. Je tiefer die Temperatur, desto leichter läuft eine Reaktion mit ΔH < 0 und ΔS < 0 ab, und oberhalb einer bestimmten Temperatur läuft sie nicht mehr ab; dazu gehört die Oxidation vieler Metalle. Bei keiner Temperatur läuft eine Reaktion mit ΔH > 0 und ΔS < 0 ab.

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  1. Für die Zersetzung von Calciumcarbonat CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) seien die Standardreaktionsenthalpie ΔH° = +178 kJ/mol und die Standardreaktionsentropie ΔS° = +161 J/(mol·K), beide temperaturunabhängig. Welcher Wert kommt der Temperatur am nächsten, bei der die Zersetzung im Standardzustand mit einem CO₂-Partialdruck von 1 bar freiwillig einzusetzen beginnt (der Temperatur mit ΔG° = 0)?
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